建构式实验教学探索——以“结构模型设计与制作”课程为例

宋晓冰， 陈思佳

（上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200240）

0 引 言

改革开放40年，我国经济已逐步进入以创新为主要驱动力的新发展阶段，创新人才培养是新的发展阶段对教育的要求和期望。大学教育承担着为经济建设培养创新人才的重任，但遗憾的是，长期以来，由于传统教育观念和“应试教育”体制的影响，我国基础教育实践中主导的教学模式是接受型的。教师讲知识，学生记知识，考前背知识，考后忘知识。教师侧重于知识的系统性与完整性，生怕漏讲了哪一部分，但是否丢失了其他教育要素，则缺乏考虑。最终的结果则是虽然考试成绩尚可，但是考完即忘，一旦面对实际工程问题，则无从下手。这一现状亟待改变。

笔者在长期从事土木工程专业的本科教学中，积累了丰富的结构设计竞赛实践教学指导经验，于2010年尝试开设了以学生动手实践为主的实验类课程“结构模型设计与制作”。该课程以帮助学生理解知识、灵活运用知识为着眼点，经历了为期9年“接地气”的实践检验、调整和迭代。先后经历了独立发现、指导性发现和建构式发现三个发展阶段，最终形成了具有典型建构主义教学思想特征的“4步法”教学模式。课程开设至今，上过该课程的同学在国内外各种级别的结构设计竞赛上屡获佳绩，共获得9届全国大学生结构设计竞赛“一等奖”，两组同学获得两届国际校际高校结构设计邀请赛“第一名”。本文着重介绍结构模型设计与制作课程的发展历程，并对课程建设进行了反思，希望对相关课程建设起到借鉴作用。

1 结构模型设计与制作教学模式的发展与实践

结构模型设计与制作课程最早开设于2010年，当时开设课程的目的是“以教带训”，为各种级别的结构设计竞赛培养参赛选手。回顾9年来课程的演化历程，共经历了从独立发现到指导性发现再到建构式学习的3个发展阶段。

1.1 独立发现阶段

课程开设伊始，借由竞赛指导中积累的经验，设计了一系列循序渐进、由浅入深的模型制作题目。上课时学生随机组队，在规定的时间内由学生随机组队完成任务，在模型制作完成后，每组同学单独向指导教师陈述模型制作思路和心得体会，并进行加载，根据模型加载表现为各组同学评定分数。这种教学方式与学生所熟悉的接受式课堂教学有很大区别，它提倡学生的个人探索、重视知识的学以致用，对于激发学习兴趣、培养实际操作能力是很有效的，因而深受学生欢迎。

这种教学模式与传统的接受式教学区别明显，具有发现式教学（比如“做中学”）的特征。但是，在教学中发现教学效果并不如表面看上去那样美好。学生在实际操作中更多获取的是直接经验，缺乏知识的系统性，学习效率较低，个体学习效果的差异大，大部分同学仅凭“动手做”并不能将表面的现象转变为深刻的理解，甚至学生发现的规律还可能是错误的。这种教学方式更多的是具有选拔队员的功能，培养认知的成分偏少。

1.2 指导性发现阶段

针对学生独立发现学习方式的不足，及时进行了修正。将单独交流改为集体交流，包括加载前介绍和加载后讨论和总结。在讨论中更加突出教师的意见的系统性，以加深学生对知识的理解。

这是一个学生在教师指引下的主动学习过程，在独立发现的基础上，加入了些许接受式教学的“佐料”，是对学生理解知识前提下的指导，而不是简单的传授。教学实践表明，由单独发现向指导性发现的转变，确实实现了强化学生“认知的系统性”的目的。但是还存在不足，主要表现为学生在“做模型”过程中得到的“发现”的质和量有很大差异，而这种差别与两方面因素密切相关：①学生原有认知框架的差异，即个体在先修课程中学习的知识储备差异以及具备的生活经验差异；②学生想象力和创造性思维的能力差异。

1.3 建构式学习阶段

为了提升认知的质量和效率，参照建构主义的学习观，对课程的教学方式进行了进一步的调整和补充。在“做”之前添加了“教”的环节，在“讨论”之后增加了“拓展”部分，同时对每一个教学环节均进行了补充、完善和丰富，最终形成“教、做、论、拓”的“4步法”教学方式。

第1步“教” 为了减小学生原有认知框架差异的影响，在每一课程单元展开之前，加入了对该单元涉及的相关知识介绍。“教”并非是传授新知识，而是回顾旧知识，是引出学生已有的观念。这些已经储存在学生头脑中的旧知识在个体之间存在不同程度的局限性，表现为碎片化、惰性和不灵活，有待通过课程中设计的一系列活动（实践操作、小组讨论或辩论）进行整合、激活和转化，上升为被理解和会运用的知识。“教”的目的是通过回顾，缩小学生之间原有认知框架的差异。

第2步“做” 在“做”阶段，学生沉浸在教师设计的情境中，在规定的时间内，随机分组，进行方案确定、材料性能测定、设计计算、绘制图纸、施工搭建等一系列活动。在这个段，学生不是简单地忙于动手操作。整个过程伴随着讨论、思辨、头脑风暴。不仅需要手和脑的联盟，还需要利用各种手段（图纸、照相、摄像、录音等）对活动过程进行详细记录。老师不是提供了环境、条件和设备后就可以旁观了，而是在学生“做”的过程中巡视、观察各组同学对赛题的反应，及时解答同学对赛题理解上的疑问。需要特别注意的是，对于涉及解题方法方面的问题，切记不要直接回答，而是用类似“你觉得呢？”这样的反问，或者采用讨论的方式，引导学生自己得出答案。不要给学生一个现成的想法，而是让学生自己组装出来，学生会更理解这个想法，更喜欢这个想法，更愿意去采取行动。

第3步“论” 在“论”阶段，各组同学逐一介绍设计思路、展示制作过程、模型加载测试、教师点评、学生互评。课程进展到这一步是学生观念发生变化、延伸或改变的阶段。在这个阶段要充分发挥教师的引导作用，教师需要在3个方面进行引导：①纠偏，将学生主观形成的观念偏差引向正确的方向；②引导反思，不仅引导对具体的行动进行反思，更要引导对行动的目标展开反思；③引导学生养成批判性思维和创造性思维能力。

第4步“拓” 每一次课为一个单元，着重解决一个主题问题。课上部分由以上3步组成，第4步“拓”是课后拓展部分，公布一个难度和复杂程度更高的具有挑战性的模型设计制作题，在下一次上课前的任何时间都可以到模型室制作模型和加载测试，测试成绩计入最终成绩评定。这一阶段让学生在更加复杂困难的情境下进行对知识二次发现。

研究表明［1］：建构性的学习符合学习的本质，有利于开发人脑的潜力，能促进人的整体、可持续发展。它不是一种具体的学习方法，而是人探索、认识、发现世界的方式。以上“4步法”教学模式具有建构性学习的基本特征，表现在：①探究式学习，学生是主动的、积极的知识探究者；②情境化学习，情境体验贯穿学习者学习的始终；③问题导向学习，学习者在解决问题过程中扮演积极的角色；④社会性学习，学习者采用协作和讨论的方式互教互学、质疑释疑；⑤内在驱动学习，学习者有强烈的好奇心和求知欲，学习者渴望理解、掌握知识以及陈述与解决问题。

教学实践表明，学生通过“4步法”学习，将碎片化的知识进行整合，内化学习内容，深刻理解了学习内容；将惰性的知识激活，将陈述性知识转化为程序性知识，学会了应用；将不灵活的知识盘活，实现了广泛而灵活的迁移和创新［2-3］。

2 对提高教学方式有效性的反思

2.1 以学习者的认知规律为依据

认知规律是指个体认识活动中客观存在的规律。对认知规律的认识是一切课程建设的前提［3］。建构主义是20世纪80年代以来兴起的一种具有广泛国际影响的学习理论，建构主义强调学习者的主动性，认为学习是学习者基于原有的知识经验生成意义、建构理解的过程，而这一过程常常是在社会文化互动中完成的［4］。作为人类认识世界的一种认知方式（但不是唯一的），建构主义在教学领域里总是有意无意地存在着并发生着影响，特别是一些优秀教师或多或少都进行着建构主义的教学实践［5］。选择教学方式的判定依据是这种方式是否更有助于知识的建构，是否更有效。

2.2 需要创造性地情境设计，引人入胜是关键

情境是学生实现知识意义构建的物理和精神环境，建构主义强调“情境”在教学中的重要地位，这是因为相比于单纯的讲授，让学生看见和身体力行地做更有利于学生对知识的理解和运用［6］。一个好的情境设计好比是一个好故事，需要打动学生的情感，拉近学生与知识之间的距离，达到引人（学生）入胜的效果［7］。教师应该在课堂教学中使用真实的任务和日常的活动或实践，要富有参与性、互动性、结果不确定性或可期待性、挑战性。情境不是静态的，要根据学生的学习情况动态调整。学生必须参与分析、推理的过程，让他看到观点、思想、理论是如何产生的。

2.3 教师的角色——“导演”而非“演员”

教师不仅仅需要有相关的专业知识，重要的是要具备教育理论知识，不仅能够讲清楚知识，更应该具备引导学生提高学习能力的本领。渊博的知识和富有感染力的演讲口才，对成为优秀教师起锦上添花的辅助作用，但并非优秀教师的必要条件。超强讲台表现力，会引起学生的崇拜，但如果仅限于精彩的讲授，则还远远不够。如果将课堂比喻成剧场，称职的教师不应该是舞台中心的演员，而应该是幕后的导演，应该将舞台的中心让位给每一位学生。优秀的教师应该做好4件事：教学形式的设计和教学内容筛选；教学情境的设计和搭建；组织教学环节推进；服务学生。

结构模型设计与制作这门课具有明显的理论与实践并重的特点，担当好“导演”角色对教师的能力储备是多方面的。对任课教师的基本要求是：教师本人必须亲自完成课程中涉及的所有模型制作题目，要做到对每一个细节了然于胸。只有经历了这种体验，才有可能将理论知识与具体的情境结合，才能够在亲身体验中发掘批判性思维和创造性思维的着眼点，才能够言之有物，才能够在面对新的挑战性难题时成为学生的表率［8］。

2.4 学生的角色——“演员”而非“观众”

经历了多年小学、初中、高中的应试教育，学生们已经习惯于在课堂上当观众，被动地接受知识。建构主义要求学生面对认知复杂的真实世界的情境，并在复杂的真实情境中完成任务，因而学生需要采取一种新的学习风格、新的认识策略，形成自己是知识与理解的建构者的心理模式［9］。在教学中，教师不仅需要力图做好自己的角色定位，同样重要的是要引导学生做好角色定位，实现从“观众”到“演员”的转变。

2.5 教育需“留白”

在大学里，教师特别注重理论的系统性和完整性，生怕有所漏失。学生被动接受，课堂上听知识、考前背知识、考后忘知识。需要认识到我们现在所处的时代，具有高度的不确定性、复杂性、模糊性、快变性，能力、素养和智慧就变得越重要，能力需要训练和实践，素养需要熏陶和滋养，智慧需要感悟和启迪。这些不是简单地以灌输知识为主的课堂教学可以获得的！

在信息爆炸的今天，知识迅速更新，获得知识的途径有许多种，教师的知识传授不必也不可能面面俱到，新局面下教师应该学会“留白”，为学生的独立思考留白。应该给学生们以更多的可支配时间、更宽容的环境，以激发他们的好奇心、发挥他们的想象力、培养他们的批判性思维能力。“留白”的含义是为学生的思考和建构留出空间，既不是一味地做，也不是一味地讲。

应该将教学内容精炼到核心概念和基本命题上，用一个逻辑线将它们连接起来。对于基础力学，这条逻辑线就是固体力学的三大基本方程。在这之下，展开第2层、第3层的概念与命题。主干逻辑连接的内容，会被学生反复实践、理解并运用。次层展开的内容，不求周全但求深入。不求周全不是说其他知识不重要，而是取其中一个问题，通过与学生一起分析、解决，让学生获得各种能力。人的一生会遇到许多问题，教师不要试图将解决问题的所有知识都教给学生，而是培养学生分析问题，解决问题的能力。学生不仅要学习知识，更要学会学习，学会和别人合作。

2.6 小班教学的组织形式

鉴于建构式教学的形式和特点，班级规模宜小不宜大。小班教学有利于教学的组织，进行基于情景的问题导向的教学；有利于教师倾听学生的看法，洞察学生想法的由来；有利于学生针对某些问题进行探索，相互交流和质疑，相互合作［10］。在结构模型设计与制作课堂上，25人左右是理想的学生人数。一旦超过这个数字，教学效果将随学生人数的增加下降。这种师生比例对教学的师资配备提出了很高的要求。

2.7 注重教学的实效性

学生的学习是否有效是检验教学模式的唯一标准，在确定教学设计时应该实事求是，针对课程的性质和特点，具体问题具体分析，不可过分强调形式和技巧。“4步法”教学方式，比较适合学生通过先修课程已经具备了一定数量的相关知识储备的情况，只不过这些知识更多地属于陈述性的知识和处于碎片化、惰性和不灵活状态，需要借助本课程进行整合、转化、激活和迁移。这种方法更适合操作性和实践性很强的一些学科课程，而对于经典的理论密集型的课程则学生的可操作空间不多。特别是对于讲座式的基础课教学，留给老师和学生的空间就比较小了。关键的一点是在教学思想上贯彻“建构主义”的思想，在行动上体现“学生中心”的理念即可，不必搞形式主义。

3 结 语

本文回顾了我校实验类课程结构模型设计与制作的授课模式的发展演变过程，介绍了以“教、做、论、拓”为教学步骤的“4步法”教学模式，探讨了“4步法”教学模式与建构主义教学理论的契合。经过9年的实践表明，这种授课模式可以有效激发学生的专业热情，将原本零碎的知识加以整合，融会贯通，可以培养学生的团队协作能力、动手实践能力、口头表达能力和创新能力。选修过这门课程的学生在国内外各个级别的结构设计竞赛上均有优异表现。

正如没有“包治百病的良方”，任何教育模式都有其适用的范围。教育技术是次要的，教育思想是首要的。教学的关键是老师换位思考，站在学生的角度想一想学生的接受能力、学习能力和学习效果，而不是一味地以老师固有的观点来传授知识。知识固然重要，但更重要的是让学生通过被启发的探索，获得持续性的学习兴趣和动力，这对他们的终身学习是大有裨益的。